Por Ethan Siegel
Traduzido pela equipe do SPRACE *

Nós podemos imaginar um número muito grande de cenários possíveis que poderiam ser o resultado das condições iniciais do universo. O fato de que todas as 10⁹⁰ partículas que existem em nosso Universo terem interagido da forma como fizeram e chegarem ao que são hoje ao longo dos últimos 13,8 bilhões de anos resultou em todas nossas complexas experiências, incluindo nossa própria existência. É possível, se houvessem chances suficientes, que isso pudesse ocorrer muitas vezes, levando a uma situação que chamamos de “Universos paralelos infinitos”, que contêm todos os resultados possíveis, incluindo as estradas que o nosso Universo não percorreu (JAIME SALCIDO/SIMULATIONS BY THE EAGLE COLLABORATION)

Você provavelmente já imaginou isso antes: um outro Universo, assim como esse, onde todos os eventos aleatórios que resultaram na nossa realidade aconteceram exatamente da mesma forma. A única diferença é que, quando você tomou uma decisão fatídica neste Universo, você tomou um caminho alternativo no outro. Esses dois Universos, que ficaram paralelos por tanto tempo, de repente divergiram.

Talvez o nosso Universo, com a versão de eventos aos quais estamos familiarizados, não seja único. Talvez existam outros Universos, talvez até com diferentes versões de nós mesmos, com diferentes histórias e resultados alternativos do que obtivemos. E isso não é apenas ficção, mas uma das possibilidades mais empolgantes propostas pela física teórica. Aqui está o que a ciência diz sobre se universos paralelos podem, de fato, existir.

Em uma escala logarítmica, vemos em nossas proximidades o sistema solar e nossa galáxia, a Via Láctea. Mas, indo além, estão todas as outras galáxias do Universo e, eventualmente, os momentos imediatamente após o Big Bang. Embora atualmente não seja possível observar mais do que um horizonte cósmico que está a uma distância de 46,1 bilhões de anos-luz, há mais Universo para descobrirmos no futuro. O Universo observável contém 2 trilhões de galáxias, mas, com o passar do tempo, mais Universo se tornará observável para nós e talvez isso revele algumas verdades cósmicas que são obscuras para nós hoje (WIKIPEDIA USER PABLO CARLOS BUDASSI)

O nosso Universo pode ser vasto, mas a parte que podemos ver, acessar ou afetar é finita e quantificável. Incluindo fótons e neutrinos, ela contém cerca de 10⁹⁰ partículas, aglomeradas e agrupadas em aproximadamente dois trilhões de galáxias, com talvez outras duas ou três trilhões de galáxias que se revelarão para nós conforme o Universo continua a se expandir.

Cada uma dessas galáxias tem cerca de um trilhão de estrelas (em média) e elas se agrupam em uma enorme teia espacial que se estende por 46 bilhões de anos-luz em todas as direções. Mas, apesar do que nossa intuição possa nos dizer, isso não significa que estamos no centro de um universo finito. Na verdade, as evidências que temos indicam para o oposto disso.

O Universo observável pode ter um raio de 46 bilhões de anos-luz a partir da Terra, mas certamente há mais Universo ainda não observado além disso; talvez ele seja infinito. Com o passar do tempo veremos cada vez mais longe, o que poderá revelar aproximadamente 2 ou 3 vezes mais galáxias do que vemos atualmente. Há coisas que queremos saber sobre as partes que ainda não conseguimos observar e isso dificilmente será um esforço científico infrutífero (FRÉDÉRIC MICHEL AND ANDREW Z. COLVIN, ANNOTATED BY E. SIEGEL)

O motivo pelo qual o Universo parece finito para nós – o motivo pelo qual não conseguimos ver além de uma distância específica – não é porque o Universo é de fato finito, mas porque o Universo só existiu em seu estado atual por um período finito de tempo.

Se você quiser aprender apenas uma coisa sobre o Big Bang, aprenda isso: o Universo não era uniforme no espaço ou no tempo; ele evoluiu de um estado mais uniforme, quente e denso para um estado mais frio, difuso e com mais aglomerações de matéria. À medida que vamos voltando no tempo, o Universo parece mais uniforme e com galáxias em menor quantidade e menos evoluídas. Conforme avançamos no tempo, as galáxias se tornam maiores e mais massivas, sendo constituídas por estrelas mais antigas e as distâncias que separam as galáxias e aglomerados de galáxias uns dos outros aumentam.

Quanto mais longe você olhar, mais para o passado você vai olhar. Quanto mais passado, mais quente, denso e menos evoluído o Universo. Os sinais mais antigos podem até, potencialmente, nos dizer sobre o que aconteceu momentos antes do Big Bang (NASA/STSCI/A. FEILD (STSCI))

O resultado foi um Universo rico que contém muitas relíquias de nossa história cósmica, incluindo:

• muitas gerações de estrelas,
• uma radiação cósmica de fundo ultrafria,
• galáxias que parecem se afastar de nós mais rapidamente quando estão mais distantes,
• e com um limite para o quão longe podemos olhar.

O limite da nossa visão é definido pela distância que a luz conseguiu viajar desde o Big Bang.

Mas isso, de forma alguma, significa que não há mais Universo além do que é acessível para nós. Na verdade, há argumentos observacionais e teóricos que apontam para a existência de muito mais Universo além do que vemos: talvez até infinitamente mais.

Nossa história cósmica é teoricamente bem compreendida, mas apenas qualitativamente. Somente confirmando por meio de observações e revelando vários estágios da história do nosso Universo, como quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram e como o Universo se expandiu ao longo do tempo, é que podemos realmente entender o cosmos. As assinaturas impressas em nosso Universo do estado inflacionário antes do Big Bang nos fornecem uma maneira única de estudar nossa história cósmica (NICOLE RAGER FULLER / NATIONAL SCIENCE FOUNDATION)

Se o Universo fosse finito, ele exibiria vários sinais que nos permitiria confirmar que não vivemos em um mar infinito de espaço-tempo. Ao medir a curvatura espacial, descobriríamos que o Universo teria um formato esférico no qual, se você viajasse em linha reta por tempo suficiente, voltaria ao seu ponto de partida. Você poderia procurar por padrões no céu e veria o mesmo objeto em locais diferentes. Você poderia medir a uniformidade e a temperatura do Universo e ver como certas oscilações evoluíram ao longo do tempo.

Se o Universo fosse finito, veríamos um conjunto específico de propriedades inerentes aos padrões de flutuação de temperatura remanescentes do Big Bang. Mas o que vemos, entretanto, é um conjunto diferente de padrões que nos mostram exatamente o oposto: [o Universo] é indistinguível de um Universo perfeitamente plano e infinitamente grande.

O aparecimento de flutuações na radiação cósmica de fundo com diferentes tamanhos angulares indicaria diferentes cenários de curvatura espacial. Atualmente o Universo parece ser plano, mas nós medimos apenas cerca de 0,4%. Com mais precisão, podemos descobrir algum nível de curvatura intrínseca, mas o que observamos é suficiente para afirmarmos que, se o Universo é curvo, ele é curvo apenas em escalas que são (250)³ vezes (ou mais de 15 milhões de vezes) maior do que o nosso Universo observável atual (SMOOT GROUP AT LAWRENCE BERKELEY LABS)

É claro que não podemos ter certeza disso. Se você tivesse acesso apenas ao seu próprio quintal, você não conseguiria medir a curvatura da Terra, pois a fração do planeta a qual você teve acesso seria indistinguível de um plano. Com base na fração do Universo que conseguimos ver, podemos afirmar que, se o Universo é finito, ele deve ter pelo menos alguns milhões de vezes o volume dessa fração que vemos, sem um limite superior para este número.

Mas, teoricamente, as implicações das nossas observações pintam um quadro ainda mais tentador. Podemos extrapolar o Big Bang, voltando no tempo, para um estado arbitrariamente quente, denso e em expansão, e vemos que este estado não poderia ficar infinitamente quente e denso em um tempo anterior. Em vez disso, acima de uma certa energia e antes de um certo tempo muito inicial, existiu uma fase que precedeu o Big Bang, dando origem a ele e levando à criação de nosso Universo observável.

Podemos traçar nossa história cósmica a partir do final da inflação e do início do Big Bang. A matéria escura e a energia escura são ingredientes necessários hoje, mas ainda não sabemos quando eles surgiram. Este é o consenso sobre como nosso Universo surgiu, mas ele está sempre sujeito a revisões conforme obtemos mais dados. Note que o início da inflação, ou qualquer informação sobre a inflação antes dos seus 10^-33 segundos finais, não está mais presente dentro do nosso Universo observável (E. SIEGEL, WITH IMAGES DERIVED FROM ESA/PLANCK AND THE DOE/NASA/NSF INTERAGENCY TASK FORCE ON CMB RESEARCH)

Essa fase, um período de inflação cosmológica, é um período do Universo onde, em vez dele estar cheio de matéria e radiação, ele estava repleto de energia inerente ao próprio espaço: um estado que fez com que o Universo se expandisse em uma taxa exponencial.

Em um Universo repleto de matéria ou radiação, a taxa de expansão diminui com o tempo, conforme o Universo se torna menos denso. Mas se a energia é inerente ao espaço em si, a densidade não vai diminuir – ela permanecerá constante -, mesmo enquanto o Universo se expande. Em um universo dominado por radiação ou matéria, a taxa de expansão diminui à medida que o tempo passa e dois pontos se distanciam um do outro a velocidades cada vez menores. Mas com a expansão exponencial, essa taxa não diminui e dois pontos, conforme o tempo passa, se distanciam um do outro em velocidade duas vezes maior, depois quatro vezes maior, oito, dezesseis, trinta e duas, e assim por diante.

Este diagrama mostra, em escala, como o espaço-tempo evolui (se expande) em intervalos de tempo iguais quando o Universo é dominado por matéria (acima), radiação (no meio) ou quando a energia é inerente ao próprio espaço (em baixo). Note que, na inflação, cada intervalo de tempo que passa resulta em um Universo que é duplicado em todas as dimensões do seu tamanho anterior (E. SIEGEL)

Como a expansão não apenas é exponencial, mas também é incrivelmente rápida, a “duplicação” acontece na escala de tempo de cerca de  10^-35 segundos. Isso implica que:

• após 10^-34 segundos passarem, o Universo tinha cerca de 1000 vezes seu tamanho inicial,
• após 10^-33 segundos passarem, o Universo tinha cerca de 10³⁰ (ou 1000¹⁰) vezes o seu tamanho inicial,
• após 10^-32 segundos passarem, o Universo tinha cerca de 10³⁰⁰ vezes o seu tamanho inicial,

e assim por diante. O fator exponencial não é tão poderoso porque é rápido; ele é poderoso porque é incansável.

O modelo mais simples de inflação é aquele em que começamos no topo de uma colina, onde a inflação persistiu, e caímos em um vale, onde a inflação chegou ao fim e resultou no Big Bang. Se esse vale não tiver valor zero, mas algum valor positivo diferente de zero, pode ser possível fazer um túnel quântico até um estado de energia mais baixa, o que teria consequências severas para o Universo que conhecemos hoje (E. SIEGEL/BEYOND THE GALAXY)

Obviamente, o Universo não continuou a se expandir dessa maneira para sempre, pois estamos aqui. A inflação ocorreu por algum tempo no passado, mas acabou e resultou no Big Bang.

Uma maneira interessante de pensar na inflação é imaginar uma bola rolando muito devagar a partir do topo de uma colina muito plana. Enquanto a bola permanece perto do platô mais alto ela rola lentamente e a inflação persiste, fazendo com que o Universo se expanda exponencialmente. Quando a bola desce para o vale, entretanto, a inflação termina. À medida que a bola oscila no vale, a energia proveniente da inflação se dissipa e se converte em matéria e radiação, colocando um fim ao estado inflacionário e iniciando o Big Bang.

A natureza quântica da inflação significa que ela termina em algumas regiões do Universo e continua em outras. Ela precisa rolar pelo morro metafórico até chegar ao vale, mas, quando pensamos em um campo quântico, sua oscilação significa que ela terminará em algumas regiões enquanto continuará em outras (E. SIEGEL/BEYOND THE GALAXY)

A inflação, porém, não ocorre em todos os lugares ao mesmo tempo e não termina em todos os lugares ao mesmo tempo. Tudo no nosso Universo está sujeito às bizarras leis da mecânica quântica, até mesmo a própria inflação. Quando levamos esse fato em consideração, uma inevitável linha de pensamento se forma:

1. A inflação não é como uma bola – que está no campo da física clássica; ela é como uma onda que se espalha ao longo do tempo, como um campo quântico.
2. Conforme o tempo passa e cada vez mais espaço é criado devido à inflação, certas regiões, probabilisticamente, estarão mais propensas a ver a inflação chegar ao fim, enquanto outras estarão mais propensas a ver a inflação continuar.
3. As regiões nas quais a inflação termina darão origem a um Big Bang e a um Universo como o nosso, enquanto as regiões onde ela persiste continuarão a crescer por mais tempo.
4. Conforme o tempo passa, devido à dinâmica da expansão, regiões onde a inflação termina nunca irão interagir ou colidir entre si; regiões onde a inflação não termina se expandirão, empurrando essas “bolhas de Universos” para longe umas das outras.

Onde quer que a inflação ocorra (cubos azuis), ela dá origem a mais regiões de forma exponencial. Mesmo que existam muitos cubos onde a inflação termina (Xs vermelhos), há muitas outras regiões onde a inflação continua. O fato desse processo nunca terminar é o que torna a inflação “eterna” depois que ela começa, e é de onde vem nossa noção moderna de multiverso (E. SIEGEL/BEYOND THE GALAXY)

Existem, é claro, muitas incógnitas associadas a esse estado inflacionário.

Não sabemos quanto tempo a inflação durou antes de terminar e dar origem ao Big Bang ou se essa duração foi curta, longa ou infinita.

Não sabemos se as regiões onde a inflação terminou são todas iguais entre si, com as mesmas leis da natureza, constantes fundamentais e propriedades e flutuações quânticas do nosso Universo.

E não sabemos se esses vários Universos estão conectados de alguma forma fisicamente significativa ou se eles têm suas próprias regras e não se afetam mutuamente.

O sonho dos universos paralelos, afinal, é que a interpretação de muitos mundos da mecânica quântica forneça um lugar onde todas essas realidades alternativas – nas quais diferentes decisões foram tomadas e diferentes resultados foram alcançados – possam residir.

Uma representação dos diferentes mundos paralelos que poderiam existir em outras regiões do multiverso. À medida que o tempo passa, mais e mais possibilidades devem surgir, o que significa que o número de Universos que deve existir para conter todas elas também deve aumentar, e pelo menos com a mesma rapidez (DOMÍNIO PÚBLICO)

É possível que exista um Universo paralelo onde tudo aconteceu exatamente como neste, com exceção de uma coisa minúscula que você fez diferente e, portanto, sua vida se tornou incrivelmente diferente como resultado?

Onde você escolheu o emprego no exterior em vez daquele que o manteve em seu país?

Onde você enfrentou o valentão da escola?

Onde você beijou a pessoa que gostava no final da noite em vez de deixá-la ir embora?

E onde a situação de vida ou morte que você ou seu ente querido enfrentou em algum momento no passado teve um resultado diferente?

A ideia de Universos paralelos aplicada ao gato de Schrödinger. Por mais divertida e atraente que essa ideia seja, sem uma região infinitamente grande de espaço para conter essas possibilidades, nem a inflação criará Universos suficientes para conter todas as possibilidades que 13,8 bilhões de anos de evolução cósmica nos trouxeram (CHRISTIAN SCHIRM)

Talvez. É certamente tentador pensar assim. Mas, para que isso seja de fato uma realidade física, essas incógnitas sobre o nosso Universo precisam ter respostas específicas que podem não ser muito prováveis.

Em primeiro lugar, o estado inflacionário que precedeu o Big Bang deve ter durado não apenas por um longo tempo, mas por uma quantidade verdadeiramente infinita de tempo. Vamos supor que o Universo tenha inflado – isto é, expandido exponencialmente – por 13,8 bilhões de anos. Isso criaria volume de espaço suficiente para 10^(10⁵⁰) universos como os nossos, ou 10^{100000000000000000000000000000000000000000000000000} universos. Esse é um número gigantesco. Mas se não for maior que o número de realidades possíveis, não é grande o suficiente.

A teoria do multiverso afirma que há um grande número de Universos como o nosso e outros cujas propriedades podem ter diferenças fundamentais e extremas. Mas, para que a interpretação de muitos mundos da mecânica quântica seja real, deve haver um lugar (isto é, um Universo real) para que essas realidades paralelas residam e, a menos que a inflação tenha ocorrido por um período infinito de tempo, não seria possível conter todas elas (LEE DAVY OF FLICKR)

Existem 10⁹⁰ partículas no nosso Universo e é preciso que cada uma delas tenha a mesma história de interações desde o Big Bang para duplicar o nosso Universo. Podemos quantificar as probabilidades tomando 10⁹⁰ partículas e dando a elas 13,8 bilhões de anos para interagir. Temos que perguntar quantos resultados possíveis existem, dadas as leis da física quântica e a taxa de interações entre as partículas.

Por maior que uma exponencial dupla seja – como 10^(10⁵⁰) -, ela ainda é muito menor do que a nossa estimativa para o número de possíveis resultados quânticos para 10⁹⁰ partículas, que é um pouco maior do que (10⁹⁰)! Esse ! significa “fatorial” – 5! é 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 120, e 1000! é 1000 x 999 x 998 x … x 3 x 2 x 1 e é um número de 2477 dígitos. Se você tentasse calcular (10⁹⁰)!, você descobriria que o resultado são muitos googolplexes maiores que um número relativamente mundano como 10^(10⁵⁰).

Traços em uma câmara de bolhas do Fermilab, que revelam carga, massa, energia e momento das partículas. Embora existam apenas algumas dezenas de partículas cujas trilhas são mostradas aqui, o número de possíveis resultados provenientes das interações das partículas mostradas aqui em uma fração de segundo é astronomicamente grande. O número de possíveis resultados quânticos aumenta muito mais rápido, em qualquer sistema, do que estamos acostumados (FNAL/DOE/NSF)

É verdade: ambos os números tendem ao infinito. O número de Universos paralelos possíveis tende ao infinito, mas a uma taxa particular (exponencial), enquanto o número de resultados quânticos possíveis para um Universo como o nosso também tende ao infinito, e o faz muito mais rapidamente. Como os matemáticos e os fãs de John Green sabem, alguns infinitos são maiores que outros.

Isto significa que, a menos que a inflação esteja ocorrendo por um período infinito de tempo, não há Universos paralelos idênticos a este. O número de possíveis resultados de partículas interagindo umas com as outras aumenta mais rapidamente do que o número de Universos possíveis que surgem da inflação; mesmo um multiverso inflacionário não seria grande o suficiente para conter todos os Universos paralelos que você precisa para a interpretação de muitos mundos da física quântica.

É previsto que muitos Universos independentes sejam criados em um espaço-tempo inflacionário. A inflação nunca termina em todos os lugares ao mesmo tempo, apenas em áreas distintas e independentes que são separadas pelo espaço que continua a inflar. Essa é a motivação científica para a teoria do Multiverso e a explicação de porquê dois Universos nunca colidirão. Simplesmente não há universos suficientes criados pela inflação para conter todos os possíveis resultados quânticos causados pelas interações das partículas dentro de um universo individual (KAREN46/FREEIMAGES)

Embora não seja possível provar se a inflação durou por um período infinito de tempo ou não, existe um teorema que demonstra que os espaços inflacionários não podem ser extrapolados por períodos arbitrários de tempo; eles não têm começo e são chamados de passado-temporal-incompleto. A inflação pode gerar um número enorme de Universos que residem dentro de um multiverso maior, mas simplesmente não há um número suficiente deles para criar um “você alternativo”. O número de realidades possíveis simplesmente aumenta rápido demais até mesmo para um Universo inflacionário conter todas elas.

Em todo o multiverso, provavelmente existe apenas um você. Você deve fazer este Universo valer a pena, pois não existe uma versão alternativa de você. Consiga o emprego dos seus sonhos. Defenda-se contra os valentões. Navegue pelas dificuldades da vida sem arrependimentos e dedique toda sua energia àquilo que você faz todos os dias. Não existe outro Universo onde existe uma versão sua e nenhum outro futuro o espera além do futuro desta realidade. Faça ele valer a pena.

*Traduzido do artigo original de Ethan Siegel em “Starts With A Bang!”
(https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/05/23/could-parallel-universes-be-physically-real/#7dc1e0794d3f)